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大型电力变压器故障实例统计分析
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摘要〕分清变压器的故障机理与变压器故障模式危害程度，是对电力变压器可靠性分析和风险评价的必要前提，通过对110kV及以上电压等级变压器故障实例进行随机抽样，获得数据进行归纳、分析，初步形成变压器的故障模式与故障严酷程度、故障原因的关系。〔关键词〕电力变压器；故障模式；故障严酷程度　　大型电力变压器是电网传输电能的枢纽，是电网运行的主设备，其安全可靠性是保障电力系统可靠运行的必备条件，随着电力系统规模和变压器单机容量的不断增大，其故障对国民经济造成的损失也愈来愈大，因而对变压器作可靠性分析与风险评价是日益重要的课题。1变压器故障分类　　根据统计分析工作的需要，变压器故障可进行相应的分类。1.1变压器故障按部位分类　　变压器故障按部位通常可分为绕组故障，铁心故障，分接开关故障，引线故障，套管故障，绝缘故障和密封故障等。1.2变压器故障按原因分类　　对变压器故障的原因，基本上可以做如下分类：(1)制造：制造工艺不良、设计不合理、材料质量不良、异物进入、杂质；(2)维护：维护不当、受潮、操作失误、振动；(3)环境：外部短路、雷电侵袭、自然损坏；(4)其它。1.3变压器故障按严酷程度分类　　根据变压器故障程度不同，对不同故障模式进行严酷程度分类：(1)Ⅰ类灾难性：变压器爆炸或完全损坏；(2)Ⅱ类致命性：变压器性能严重下降或严重受损，必须立即停运；(3)Ⅲ类临界性：变压器性能轻度下降或轻度受损；(4)Ⅳ类轻度性：不甚影响变压器运行但要进行非计划检修。2变压器故障按部位分类分析2.1绕组故障　　变压器绕组是变压器的心脏，构成变压器输入、　输出电能的电气回路，其故障模式可分为：绕组短路、绕组断路、绕组松动、变形、位移、绕组烧损。其中绕组短路又可分为：层间短路、匝间短路、饼间短路、股间短路。　　变压器绕组故障除外在因素外，大部分是由于绕组本身结构及绝缘不合理所引起，以绕组短路出现率最高，它不仅影响到绕组本身，而且对铁心、引线、绝缘屏等都有极大的影响。这种故障属致命性的，此时变压器内部可能出现局部高温或局部高能量放电现象，如不及时处理会导致变压器绕组完全损坏，严重时其油温迅速升高，体积膨胀，甚至导致变压器爆炸，升级为灾难性故障。　　对于变压器绕组松动、　变形、失　稳，绝缘损伤现象，变压器在这种情况下虽能运行，但实质上内部已受损，抗短路能力差，若外部短路或受到雷击的影响会进一步使绕组松散，内部场强分布不均，极易导致局部放电进而损伤导线。另外松散导线也易在电磁力作用下产生振动，互相磨擦而划破绝缘。绕组烧损是指绕组绝缘部分碳化，最终形成绕组短路，发展为致命性故障，因而这类故障属于临界性故障。　　绕组断路，当高压侧一相断路时，变压器将在非全相状态下运行，变压器低压三相电压、电流呈现不平衡，三相直流电阻也不平衡；两相断路变压器则不能运行；当低压侧两相断路时，变压器单相负载运行，断路的两相低压无电压、电流，因而变压器断路属于致命性故障。2.2铁心故障　　变压器铁心和绕组是传递、交换电磁能量主要部件，要使变压器可靠运行，除绕组质量合格外，铁心质量好坏是决定正常运行的关键。铁心的故障模式可分为：铁心多点接地、铁心接地不良、铁心片间短路。其中铁心多点接地可分为：铁心动态性多点接地和牢靠性多点接地。　　变压器铁心故障以铁心多点接地出现较多，伴随有铁心局部过热，运行时间过长将会使油纸绝缘老化、绝缘垫块碳化、铁心片绝缘层老化，甚至使铁心接地引线烧断，这类故障属临界性故障。铁心片间短路将会在强磁场中形成涡流使铁心局部过热，铁心接地不良也会使铁心局部过热，同时出现介损超标现象，局部过热现象易烧坏铁心片间绝缘，扩大铁心故障，因而它们也属临界性故障。而铁心动态性接地情况将有所不同，主要是由杂质在电场力作用下形成导电小桥，是由一些杂质纤维与金属粉末形成，有时在大电流的冲击下而摧毁，出现情况不稳定，一般不影响变压器运行，但不定期的局部过热会使内部绝缘受伤，属轻度性故障。2.3分接开关故障　　有载分接开关内部传动结构较为复杂，而且经常操作切换，它的故障直接影响到变压器的正常运行。分接开关由于受高温和绝缘油影响，　极易使触头表面氧化，生产氧化膜，使触头间接触不良电阻增大，引起局部高温，破坏接触表面。其故障模式主要有筒体爆炸、触头烧损、档序错乱、齿轮损坏。筒体爆炸甚至会导致变压器着火，属致命性故障。开关档序错乱、齿轮损坏、触头烧损在故障状态下运行将会扩大故障属临界性故障。2.4引线故障　　引线是变压器内部绕组出线与外部接线的中间环接，其接头是通过焊接而成，因而焊接质量直接影响到引线的故障发生。其主要故障模式有：引线短路、引线断路、引线接触不良。　　引线相间短路如不及时处理会导致绕组相间短路，属致命性故障，事故扩大会发展成为灾难性故障。引线对地短路、接触不良会产生局部高温烧断引线而使变压器停运，属于临界性故障。2.5套管故障　　套管是变压器内绕组与油箱外联结引线的重要保护装置。它长期遭受电场、风雨、污染等影响，易使瓷釉龟裂绝缘老化，是变压器故障多发部位。其故障模式主要有：套管炸裂、套管位移、开焊、局部放电。套管爆炸致使变压器停运甚至烧毁，故属于致命性故障；套管位移、开焊将会有水顺着套管进入变压器本体内，极易导致变压器绕组短路或相间短路，局部放电或局部过热，易使套管内部绝缘击穿，属临界性故障。2.6绝缘故障　　变压器内部绝缘是变压器质量优劣的关键，大部分故障都是因绝缘性能不佳引起，因而绝缘的好坏是变压器能否长期、安全可靠运行的基本保证。绝缘故障模式可分为：绝缘损伤、介损超标。　　绝缘损伤与介损超标在　短期内变压器仍能正常运行，但这些故障会使变压器内部产生局部放电或局部轻度过热现象，进一步损伤绝缘导致变压器内绕组局部短路、绝缘件碳化等故障，属轻度性故障。2.7密封不良　　变压器密封不良主要是接头处处理不好，如焊接质量不良、螺栓乱扣以及法兰不平等原因造成。其后果是漏油、漏气，故障时不易发现，影响范围大。故障模式有密封圈老化、瓷套脱落或破裂、箱体焊点裂纹、潜油泵处漏气等。3变压器故障分类统计3.1变压器故障按部位分类统计　　通过对年110kV及以上电压等级电力变压器故障实例进行随机抽样整理分析，其故障按部位分类统计如表1所示。3.2变压器故障按原因分类统计　　对上述299次变压器故障按故障原因来分，其统计结果如表2所示。　　由统计数字可以看出，变压器产品质量不良是变压器故障的最主要原因，因而必须加强变压器出厂、安装及检修的验收，严格把关。其次，运行维护不当也是变压器故障的一个重要原因，要努力提高运行人员的专业水平，以便有效地减小故障率。3.3变压器故障按严酷程度分类统计　　上述变压器故障按不同严酷程度的分布如表3所示。　　从故障严酷程度的统计可以看出，变压器故障以临界性故障出现最多，灾难性故障出现率最低但危害程度最大，致命性故障出现率较高，轻度性故障率不高；严酷程度低的故障进一步发展可能逐级或越级成为严酷度高的故障，因而在变压器运行维护时要坚决杜绝Ⅰ类故障、加强防范Ⅱ类故障，密切注意Ⅲ类，时刻提防Ⅳ类故障。对于轻度性故障也不可掉以轻心，若不及时处理，故障将会扩大，如变压器渗漏，长期下去，一旦变压器缺油，绕组露出油面，将会导致相间短路，甚至变压器烧毁；又如密封不严会使变压器绝缘性能下降，可能诱发绕组短路、铁心多点接地等故障。4结语　　大型电力变压器灾难性故障或致命性故障不仅给自身带来巨大的损失，同时也严重地影响到电网的安全运行。因此，对电力变压器应建立在线监测装置，密切注视其临界状态，确定是否需要进行检修，能有效地防止故障状态的转化，减少或避免电力变压器故障发展带来的损失，提高电力变压器运行的可靠性。
来源：中国电站集控运行技术网
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本书主要介绍常用变压器的各种故障产生原因、故障诊断与分析方法、现场运行维护和诊断处理经验以及修理实例。为了使广大读者在修理、运行过程中查阅资料方便，书中给出了常用变压器的技术数据和试验标准、修理质量标准等。全书共分八章。主要内容有变压器结构与运行原理；绕组故障诊断与修理；铁心故障诊断与修理；变压器运行维护；变压器现场检修与安装；变压器修理计算以及变压器试验方法和试验标准等。书中内容丰富实用、技术先进，适合广大从事变压器运行维护、修理改装的人员使用，也可供有关专业的大专院校师生参考。
变压器故障诊断与修理 - 作品目录
目 录前言第1章 变压器的结构及运行原理第1节 概述1变压器的用途2变压器的分类第2节 电力变压器的运行原理及结构特点1运行原理2结构特点3性能参数4低损耗油浸电力变压器第3节 其他冷却方式电力变压器的结构特点及运行原理1干式电力变压器2特种冷却方式电力变压器第4节 整流变压器的原理及结构1作用原理及分类2结构特点3特殊型式整流变压器结构特点第5节 工业电炉变压器结构特点1分类及用途2结构特点第6节 互感器的原理及结构特点1电压互感器2电流互感器第7节 调压器的原理与结构特点1运行原理及分类2结构特点第8节 其他特种变压器结构特点1交流弧焊变压器2电脱盐防爆变压器3脉冲变压器4铁路电气化用牵引变压器5电抗器6试验变压器第9节 变压器故障的综述及判断程序1故障综述2故障的判断与检测第2章 变压器绕组的故障与修理第1节 概述1绕组故障类别2绕组故障修复方法第2节 绕组的绝缘结构及绝缘材料1绕组结构的特点2影响绕组绝缘的因素3绕组绝缘结构及绝缘间隙（距离）4绝缘材料第3节 大中型三相油浸变压器绕组故障1绕组绝缘电 阻低 吸收比小故障2三相绕组的直流电阻不平衡故障3绕组接地故障4绕组局部放电故障5一次一相绕组烧毁故障6绕组击穿的故障及排除7变压器两相运行故障及排除8绕组断路故障与修理9部分绕组反接或结线错误第4节 绕组短路故障与修理1绕组短路故障现象2绕组短路故障类别3各类短路故障的原因及修理第5节 螺旋式绕组大修绕制工艺1工艺准备及生产准备2工艺操作过程3工艺要求及注意事项4提高螺旋式绕组绕制质量的新措施第6节 连续式绕组重绕工艺1适用范围2绕制准备3绕制过程4绕制要求及注意事项第7节 纠结式绕组重绕工艺1纠结式绕组的换位2纠结式绕组重绕操作工艺3如何看懂和熟悉纠结式绕组施工图4连位与纠位不换位的纠结式绕组绕制特点第8节 内屏蔽式绕组的结构特点及重绕工艺1结构特点2绕制工艺第9节 绕组出头线及引线的焊接1常用的几种焊接方法2绕组接头铝一铜连接3铝－铝导线的氩弧焊工艺第10节 绕组修整形压紧干燥和浸烘1工艺适用范围2饼式绕组的修整形及压紧3圆筒式绕组套装操作工艺4绕组的预烘 浸漆和干燥工艺程序第11节 整流及电炉变压器绕组故障1110KV级直降式变压器绕组故障2整流 电炉变压器绕组及引线放电故障3整流变压器日常维护与监测4大容量电炉变压器绕组烧毁故障处理5整流变压器改结线后同名端及联结组别的测定6整流变压器产生直流偏磁故障7大容量整流变压器同相逆并联结线第12节 互感器绕组故障与修理1故障类别2故障现象3故障原因及修理措施4互感器几种联结方式5互感器更换二次绕组专用吊具第13节 其他特种变压器绕组故障1弧焊变压器故障2电抗器故障3调压器绕组等电气故障4小型控制变压器绕组等电气故障第14节 箔式绕组的结构及绕制工艺1箔式绕组结构2绕制工艺3箔式绕组绕线机结构性能4箔式绕组在高阻抗变压器上应用5铜箔式绕组采用新型层间绝缘的工艺及效果第3章 变压器铁心故障与修理第1节 铁心材料及绝缘要求1电工硅钢薄钢板的分类及性能2电工硅钢片质量及绝缘3非晶态铁心磁性材料第2节 变压器铁心的正常接地1一点接地的作用2正常接地的具体做法第3节 铁心多点接地故障与处理1铁心多点接地类型2多点接地时出现的异常现象3多点接地产生的原因4多点接地故障的检测5多点接地故障的排除第4节 变压器铁心过热故障及修理1铁心局部短路过热2铁心接地不良故障及修理3铁心片间短路4铁轭螺杆接地5铁心冷却油道堵塞引起铁心过热6绕组短路引起铁心过热故障7电源电压高铁心发热故障8叠片周边毛刺大 叠铁心片时缝隙不均造成铁心过热第5节 局部更换烧损铁心的修理1故障现象2铁心烧损程度及原因分析3修理方法第6节 变压器铁心用硅钢片的加工1送试硅钢片试样的剪切工艺程序2硅钢片开卷工艺的内容及要求3铁心硅钢片斜剪工艺的内容及要求4小型单 三相变压器铁心片加工5纵 横剪线设备及其对叠片质量的影响第7节 铁心叠装工艺1铁心叠装的两种形式2适用范围3工艺准备4工艺操作过程5小型变压器铁心不叠上轭叠装装置第8节 铁心夹紧及绑扎工艺1适用范围2工艺准备3工艺过程第9节 变压器铁心夹紧件1全斜接缝铁心夹紧件种类2夹紧件加工和焊装第10节 卷铁心结构及卷绕工艺1结构特点2结构形式及应用范围3卷铁心磁路特点4卷铁心所用材料5卷铁心的卷绕工艺6卷铁心的热处理7卷铁心的绑扎和夹紧第4章 变压器的运行及维护第1节 电力变压器的投运及维护1电力变压器投运前的检查2变压器试投运3变压器投入运行时的操作4变压器运行检查5气体继电器的运行检查6变压器分接开关投入前的检查第2节 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变压器修配零部件质量检查标准1重绕线圈质量检查标准2圆筒式线圈绕制质量检查3连续式、螺旋式线圈绕制质量检查4绕组整型后质量检查标准5配制绝缘件的质量标准6夹件与夹件焊装质量检查标准7器身装配质量标准8引线装配质量标准9导电杆组件装配质量标准10器身吊入油箱的质量检查标准11硅钢片冲剪质量检查标准12重叠铁心时的质量检查标准13配制油箱及附件的质量标准14其他零部件质量标准第8节 劣化变压器油现场处理1变压器油的劣化2变压器油劣化的判断3劣化变压器油的处理4混油的问题第9节 采用气相色谱分析法判断故障1概述2气相色谱分析试验结果判断3利用三比值法判断变压器故障实例4防止气相油色谱分析的误判断5综合判断变压器内部故障实例第10节 变压器的现场干燥1变压器受潮的可能性2变压器在下列情况下必须进行干燥3变压器在下列情况下可不经干燥4变压器有以下情况时 要进行轻度干燥5变压器干燥的基本条件6油箱铁损真空干燥法7绕组铜损干燥法8零序电流干燥法9真空热油雾化喷淋干燥法10烘干实例11零序短路干燥法第11节 利用旧变压器油箱制做真空干燥炉实例1结构概况2真空干燥炉使用原理3真空干燥炉电气线路工作原理4电加热器计算5W3型真空泵的操作和维修第6章 变压器修理计算第1节 油浸电力变压器计算1基本参数的确定2基本参数的换算3铁心计算4绕组计算5阻抗电压计算6主绝缘的绝缘距离选择7铁心重量计算8空载损耗计算9空载电流计算10油箱尺寸计算11附加损耗计算12变压器温升计算13油箱有效散热面积计算14油对空气的温升15变压器重量计算第2节 油浸式电力变压器修理计算实例实例1500kVA电力变压器计算1基本参数确定2电压 电流计算3铁心直径及绕组匝数计算4绕组结构设计5阻抗电压UK计算6温升计算7空载损耗P0及线圈铜重计算8油箱外形尺寸计算9油顶层温升计算10变压器重量计算实例22000kVA电力变压器计算1技术参数和标准2电压、电流计算3铁心计算4绕组匝数计算5线圈尺寸计算6绕组结构尺寸确定7负载损耗计算8阻抗电压计算9绕组铜重GCU计算10空载损耗P0计算11温升计算12油箱尺寸计算13油顶层温升计算14变压器重量计算第3节 干式变压器计算1干式变压器特点2干式变压器特殊技术要求3基本参数及性能指标4铁心计算5绕组的计算6短路损耗计算7阻抗电压计算8损耗计算9温升计算10变压器重量计算第4节 800kVA干式变压器修理计算实例1基本参数2性能参数3铁心计算4绕组计算5线圈结构选择6阻抗电压计算7铁损耗P0计算8空载电流计算9绕组负载损耗计算10绕组温升计算11铁心温升计算第5节 电炉变压器计算特点1对电炉变压器的技术要求2电炉变压器的选用3高低压绕组平衡组的确定4交错式绕组绝缘的选择5交错式绕组阻抗电压计算6损耗计算7温升计算8引线电抗计算9引线附加损耗计算10交错式绕组机械力的计算11 铁心电抗器计算12 低压绕组引出铜排的选择13 铜排开孔尺寸选择14 铜排的布置第6节 整流变压器计算及其实例1整流变压器的特点2计算整流变压器所需的原始数据3整流变压器参数计算4整流变压器修理计算实例第7节 小型变压器计算1小型单相变压器计算2小型三相变压器计算第8节 变压器修理计算实例1变压器容量估算法2变压器改电压计算3变压器增容计算4简易重绕计算第9节 变压器节能改造1我国中小型变压器主要产品系列2老系列变压器改造的必要性3变压器损耗的产生及降低措施4几种常见的改造变压器方案和实例5对某公司现用变压器调查及改造实例6老系列铝线变压器增容改造的判断7更换铁心改造法8确定绕组匝数的试验法第7章 变压器安装及现场故障修理第1节 现场环境及条件1对现场环境和条件的了解2对现场故障抢修的要求3现场安装及故障处理人员必备条件4掌握变压器异常现象的现场分析和判断规律第2节 大中型变压器安装的程序及内容1安装程序2安装内容3安装质量要求第3节 变压器安装质量要求1电力 电炉及整流变压器安装质量要求2互感器的安装质量要求3干式无铁心电抗器的安装质量要求第4节 变压器的安装1变压器运输 拆装 吊卸车要领及注意事项2变压器安装第5节 高压互感器的安装1安装前的检查2安装过程及注意事项3接线4安装后的电气测试5安装质量要求及收尾6高压互惑器tgδ现场测量法第6节 安装后变压器绝缘判断则试及干燥处理1变压器绝缘特性的判断与测试2安装运行过程中绝缘状况的检测与分析3安装中变压器的干燥第7节 变压器安装中出现的缺陷及排除1注油时空气未排净的缺陷2分接开关运输 安装中产生缺陷及排除3一、二次套管安装中出现的缺陷及排除4安装过程中引起渗漏油缺陷及排除第8节 安装收尾交接验收及试运行1安装收尾工作2交接验收的内容及要求3安装后变压器的试运行4试运行过程的检验项目及内容第9节 变压器故障现场处理1变压器油现场过滤、脱气及净化实例2高压互感器劣化油的现场处理3强油循环冷却变压器进气故障处理实例4现场局部更换大型电力变压器绕组短路线匝实例5有载分接开关故障现场修理实例第8章 变压器修理试验第1节 变压器修理试验的目的 项目及检修周期1预防性试验和交接时的试验目的2变压器重绕线圈的试验目的3验证变压器技术指标和性能4变压器运行检修试验项目及检修周期第2节 变压器修理试验项目1变压器零部件试验项目2器身入箱内之前的试验项目3变压器出厂试验项目4全部或局部更换线圈时出厂试验项目第3节 变压器修理试验标准1线圈绝缘电阻和吸收比试验标准2介质损耗角试验标准3泄漏电流试验标准4工频耐压试验标准5穿心螺栓及铁轭绝缘试验标准6直流电阻试验标准7感应高压试验电压标准8变压器油的电气强度试验标准9油中溶解气体的正常值和注意值10变压器油的介质损耗角试验标准11套管介质损耗角试验标准12绝缘套管和绝缘子外施高压试验电压标准13正常绝缘变压器冲击试验电压标准14油浸变压器的温升限值15突发短路试验标准16变压器额定性能数据允许偏差17干式变压器各部位的允许温升18热带型油浸变压器温升标准限值19单绕组带气隙铁心电抗器的额定性能数据允许偏差20电炉变压器的额定性能数据的允许偏差21整流变压器的低压绕组及辅助装置（平衡电抗器、阳极分流器）的外施耐压试验电压标准22整流变压器各部位的温升限值23试验变压器高压绕组感应耐压试验标准24试验变压器温升限值25绝缘油的绝缘电阻测定26层间耐压试验标准27电压比试验标准28三相变压器联结组别及单相变压器的极性测定29空载试验和短路试验30额定电压下的冲击合闸试验第4节 变压器外观检查1器身外观检查2箱体及各附件的外观检查第5节 绝缘电阻和吸收比试验1测试目的2测试绝缘电阻和吸收比的方法3测试绝缘电阻和吸收比的部位和顺序4吸收比试验5铁心和铁轭螺杆以及夹件的绝缘电阻测试6测试时的注意事项第6节 变压器组装前主要零部件的检查试验1分接开关检查试验2套管检查试验3散热器和油箱密封试验4线圈检查试验5铁心检查试验第7节 变压器油试验1概述2取油样的要求3变压器油电气强度试验4简化试验5全分析试验6介质损耗角的测定7混油试验8介质损耗角试验标准第8节 介质损耗角测量1测量要求及测量部位2tgδ测量方法3被试变压器的tgδ和电容CX计算4试验时的注意事项第9节 变压器泄漏电流试验1接线方法2操作方法3试验时的注意事项第10节 变压器绕组的直流电阻测量1测量的目的2测量方法3操作注意事项4测量结果的判断5直流电阻的换算第11节 电压比测试1测试电压比的目的及其允许偏差2试验方法3试验示例第12节 变压器绕组联结组别试验1变压器联结组标号2决定变压器联结组别标号的三个因素3联结组标号的试验方法第13节 外施耐压试验1概述2试验变压器容量的估算3被试变压器的电容的确定4外施耐压试验接线图5试验电压的测量6试验操作时的注意事项第14节 空载试验1试验目的2空载试验线路联结方法3对试验电源的要求4额定条件下的空载试验5非额定条件下的空载试验6三相变压器采用单相电源做空载试验第15节 感应高压试验1试验目的2试验电源频率与试验时间的要求3试验电源容量的估算4试验电源接线图5全绝缘变压器感应耐压试验6分级绝缘变压器感应高压试验7励磁法的选择8低压侧非被试相励磁法9试验注意事项及合格条件第16节 变压器短路试验1试验方法及试验目的2试验线路和仪表选择3额定条件下的短路试验4短路试验时所需电源设备容量5降低电流的短路试验6三相变压器的单相电源短路试验7非额定频率试验时的校正8线圈电阻损耗计算第17节 突发短路试验1概述2突发短路电磁力造成绕组损坏分析3试验方法4突发短路试验结果判断第18节 变压器温升试验1试验目的和有关规定2变压器温升试验方法3温度测量方法和有关规定4温升计算与校正第19节 特种变压器修理试验特点1电炉变压器修理试验特点2试验变压器修理试验特点3整流变压器修理试验特点4移圈调压器修理试验特点5有载分接开关的试验附录 常用变压器技术数据附表1BK系列单相控制变压器技术数据附表2BX1系列弧焊机变压器绕组数据附表3BX2系列弧焊机变压器绕组数据附表4BX3系列弧焊机变压器绕组数据附表5ZXG系列直流焊机变压器技术数据附表6SKL－100～1000/10型干式电力变压器技术数据附表7SJL系列电力变压器技术数据附表8SJL1系列电力变压器技术数据附表9SJ1系列电力变压器技术数据附表10SJ6系列电力变压器技术数据
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